MAX232: классическая микросхема живет с 1988 года

Журнал РАДИОЛОЦМАН, ноябрь 2016

ИСТОРИЯ ЭЛЕКТРОНИКИ

Len Sherman

EDN

В выпуск EDN от 23 июня 1988 года был включен раздел «Новости компании Maxim», где мы задавали вопрос: «Кто в здравом уме выберет стандарт компьютерного интерфейса, которому требуются питание ±12 В и дорогие разъемы, который работает на ограниченном расстоянии и подвержен ошибкам, который трудно подключить к сети и не имеет изоляции токовой петли?» Тем не менее, прошло 28 лет, а классический интерфейс живет, особенно в промышленных приложениях и в системах, где к компьютеру необходимо подключать только одно периферийное устройство.

В микросхеме MAX232, продажи которой начались в феврале 1988 года, были умело соединены две, казалось бы, не связанные функции: питание и интерфейс, что положило начало новым представлениям о возможностях аналоговых микросхем. Этот подход заложил основу для создания еще более крупных и сложных устройств смешанного типа, которые мы видим сегодня.

Своим успехом MAX232 обязана дальновидности идеолога концепции Чарли Алену (Charlie Allen) и изобретательности ее конструктора Дэйва Бингхэма (Dave Bingham). До появления MAX232 интерфейс RS-232 состоял из двух 14-выводных микросхем: счетверенного драйвера линии 1488 и счетверенного приемника сигналов 1489, а также из двуполярного источника питания ±12 В. В большинстве систем общепринятыми напряжениями тогда были +5 В для питания логических схем и ±12 В для аналоговых. Поэтому подключение драйверов последовательного интерфейса не доставляло неудобств.

Однако к 1980-м годам все больше и больше устройств, включая аналоговые, уже могло питаться от единственной шины +5 В, как вследствие того, что значительная часть оборудования стала цифровой, так и потому, что сами аналоговые микросхемы стали совершеннее, и могли работать от одного напряжения 5 В, делая ±12 В менее нужными. В сущности, этот переход ускорили конструкторы Maxim и их коллеги из других компаний, создав высококачественные 5-вольтовые аналоговые микросхемы, такие как операционные усилители с однополярным питанием, преобразователи данных и аналоговые ключи.

Осознание этой тенденции и явилось ключом к рождению MAX232. Стало ясно, что новые микросхемы проживут недолго, если интерфейс RS-232 останется последним элементом на плате, требующим биполярного питания.

После того, как решение было найдено и цели стали ясны, оставалась проблема – как получить шины +10 В и 10 В из напряжения +5 В и изготовить это на общем кристалле с драйверами и приемниками линии. Интегральные DC/DC преобразователи в то время уже не были новинкой, но их схемы были сложны и требовали использования индуктивностей, что, как было известно Maxim, отпугивало пользователей.

 

Еще одним, менее распространенным типом микросхем питания, был зарядовый насос, преимущество которого определялось отсутствием необходимости в индуктивности. Популярным для того времени устройством была микросхема ICL7660, однако она могла лишь либо инвертировать положительное напряжение, либо, при другом включении, удваивать его. Однако для нового драйвера линии требовалось одновременно и инвертировать, и удваивать напряжение, что было намного сложнее, чем простое объединение двух схем, в связи с проблемами смещения подложки, создаваемыми выходом отрицательного напряжения. В дополнение к этому, линии драйвера и приемника выходили во внешний мир и, следовательно, требовали защиты от электростатических разрядов.

На уровне проектирования интегральных схем концепции объединения функциональных узлов со схемами питания тогда также не существовало. В 1980-х аналоговые приборы выпускались преимущественно по биполярной технологии. КМОП технология использовалась в логических схемах, но лучшие операционные усилители и регуляторы напряжения еще изготавливались на основе биполярного процесса. Хороших характеристик от аналоговых КМОП схем в 1980-х годах никто не ждал. Это побудило компанию Intersil, также созданную основателем Maxim Джеком Гиффордом (Jack Gifford), начать убеждать людей, что КМОП имеет большой потенциал в аналоговых цепях, правда не в любых, а в цепях небольшой мощности. Чтобы продвинуться вперед в создании MAX232, Maxim потребовалось второе поколение технологии КМОП.

Как это часто бывает в истории при появлении инновационных продуктов, в то время, когда была анонсирована MAX232, спрос на подобные устройства полностью отсутствовал. О возможности сочетания цифровой функции с питанием инженеры даже не задумывались. Разработка MAX232 требовала нестандартного системного мышления, далекого от норм того времени. В те годы техническое взаимодействие производителей аналоговых микросхем со своими потребителями сводилось к помощи в выборе операционных усилителей, стабилизаторов напряжения, АЦП и прочих компонентов, а также к решению возникающих у них технических проблем. А на то, чтобы составить общую концептуальную картину, всесторонне понять цели и проблемы потребителей, тратилось не так много времени. Являясь результатом первой попытки создания устройства, которое, прежде всего, было бы простым в использовании, микросхема MAX232 изменила подход к обработке аналоговых сигналов, основанный ранее на использовании отдельных функциональных блоков. Для современных компаний, выпускающих аналоговые микросхемы (практически все из которых на самом деле смешанные), такой подход стал теперь обязательным.